納米材料導(dǎo)論大作業(yè)

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1、華中科技大學(xué)研宄生課程考試答題本考生姓名?考生學(xué)號M2011*****系、年級類別題土考試科目納米材料導(dǎo)論考試日期題號得分題號得分總分：評卷人:注.?1、無評卷人簽名試卷無效。2、必須用鋼筆或圓珠筆閱卷，使用紅色。用鉛筆閱卷無效。題號容內(nèi)答回得分鋁在納米尺度時表現(xiàn)的性質(zhì)及其應(yīng)用一，背景:9隨著當(dāng)今社會的迅猛發(fā)展，在各個生產(chǎn)生活中的各個方面都需要大量的鋁。鋁已經(jīng)成為人們生產(chǎn)生活不可或缺的一種金屬。普通鋁和納米級的鋁表現(xiàn)出來的性質(zhì)卻有很大的區(qū)別。鋁是一種銀白色輕金屬。有延性和展性。在潮濕空氣中能形成一層防止金屬腐蝕的氧化膜。鋁粉和鋁箔在空

2、氣中加熱能猛烈燃燒，并發(fā)出眩目的白色火焰。熔點660°C,沸點2327°C。鋁元素在地殼中的含量僅次于氧和硅，居第三位，是地殼中含量最豐富的金屬元素。航空、建筑、汽車三大重要工業(yè)的發(fā)展，要求材料特性具有鋁及其合金的獨特性質(zhì)，這就大大有利于這種新金屬鋁的生產(chǎn)和應(yīng)用。隨著國防科技的迅猛發(fā)展，納米鋁在火箭和導(dǎo)彈的固體推進(jìn)劑中得到了廣泛的應(yīng)用。在固體推進(jìn)劑中加入適當(dāng)?shù)匿X可以大幅提高燃燒熱和燃燒速率。因此，制備納米鋁的技術(shù)也是衡量一個國家國防科技水平的標(biāo)準(zhǔn)。二，觀點：我認(rèn)為納米鋁在固體推進(jìn)劑中得到了廣泛的應(yīng)用，是因為它具有提高燃燒熱和燃燒速率的

3、作用。宄其原因應(yīng)該是處于納米級的鋁產(chǎn)生了新的性質(zhì)，即受到了尺寸效應(yīng)的影響。納米鋁表面具有更多的原子，因此具冇更大的化學(xué)反應(yīng)性。在納米鋁顆粒尺寸達(dá)到納米量級時，就會表現(xiàn)出來高度光學(xué)非線性，特異性催化和光催化性質(zhì)，強(qiáng)氧化性質(zhì)和還原性。因此，將納米鋁加入到固體助燃劑中可以提高燃燒熱和燃燒速率。三，制備納米鋁常用的方法：線爆炸法是一種物理法，首先將爆炸室抽至較高的真空，然后向爆炸室充入一定壓力的高純氬氣。調(diào)節(jié)高壓至34kV，向儲能器充電30kV，使整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。通過送絲裝置將直徑為0.3mm的鋁絲送入爆炸室，控制A1線爆炸頻率為30次

4、/min。通過等離子體放電使鋁絲在瞬間爆炸,形成高分散的納米鋁粉，然后將納米鋁粉收集后在氮氣的保護(hù)下進(jìn)行原位包裝。這種方法制備簡單，但是這種方法制備納米鋁粉的粒徑一般在100nm以上，很題號容內(nèi)答回得分難做到粒徑更小，同時這種方法的生產(chǎn)量很小，難以滿足日益擴(kuò)大的市場需求。②機(jī)械化學(xué)法機(jī)械化學(xué)法采用氯化鋁和金屬鋰作為反應(yīng)原料，邊研磨邊反應(yīng)制備納米鋁。所使用的設(shè)備是惰性氣體手套箱和球磨機(jī)。研磨反應(yīng)后所得產(chǎn)物經(jīng)過奮機(jī)溶劑硝基甲氯化鋁溶液洗滌，能夠除去大部分副產(chǎn)物氯化鋰。所得納米鋁的平均粒徑為55mn。由于所生成的納米鋁非?；顫?，如果使用金屬

5、鈉與氯化鋁球磨制備納米鋁，則副產(chǎn)物氯化鈉很難除去。這種機(jī)械化學(xué)法制備納米鋁優(yōu)點是方法簡便，操作簡單。缺點是雖然經(jīng)過長時間研磨，也難以保所有的原料都能夠參與反應(yīng)，因為固相研磨法畢競接觸面較小，無法與均相反應(yīng)相比。此外，常用的方法還有脈沖激光剝蝕法，蒸發(fā)冷凝法，電弧放電法等。隨著制備科技的迅猛發(fā)展，人們發(fā)明了越來越多的制備方法，使制造出來的顆粒尺寸越來越精細(xì)，純度越來越高，產(chǎn)量越來越高。四，納米鋁在火箭推進(jìn)劑中的應(yīng)用在日常生活屮，各種鋁制品已經(jīng)被人們大量使用。更值得注意的是，由于鋁的密度高，耗氧量低，有高的燃燒焓，使得在固體推進(jìn)劑中可以有

6、較高的納米鋁粉含量，對提高比沖的作用相當(dāng)顯著。再加上原材料豐富，成木較低，因此作為能量材料的添加劑被廣泛應(yīng)用在火箭推進(jìn)劑中。與普通鋁粉相比，納米鋁粉具有燃燒更快、放熱量更大的特點，若在固體燃料推進(jìn)劑屮添加1%質(zhì)量比的納米鋁，燃料的燃燒熱可增加1倍。國外有研究報道，在HTPB復(fù)合推進(jìn)劑中，加入20%Alex（ARGONIDE公司產(chǎn)品納米鋁粉），與同樣含量普通鋁粉相比較，燃燒速率可以提高70%。鋁在很多火箭和導(dǎo)彈的燃料中所占比重較小，但是卻起著至關(guān)重要的作用。鋁點燃后的溫度超過3826攝氏度，高溫迫使火箭發(fā)射產(chǎn)生的廢氣快速噴出，推動火箭和

7、導(dǎo)彈向上運(yùn)行。五，應(yīng)用方案：納米鋁在火箭推進(jìn)劑中的應(yīng)用方案。通過查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，在固體推進(jìn)劑中加入納米鋁粉，會大大提高推進(jìn)劑燃速以及降低壓強(qiáng)指數(shù)。然而，納米鋁粉的活性非常高，暴露在空氣屮極易受到氧化而失去活性，從而導(dǎo)致納米鋁粉的形式發(fā)生變化。因此，在制備納米鋁時耍在其表面用惰性材料進(jìn)行覆蓋，使其保持應(yīng)有的高活性。之后再將納米鋁粉與其他的助燃劑，燃料以及有機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行按比例混合調(diào)制，最后就制作成高性能的固體推進(jìn)劑。納米鋁粉的表面覆蓋惰性物質(zhì)很重要。老師您在上課的時候重點提到題號容內(nèi)答回得分了這一點，我查閱相關(guān)資料之后發(fā)現(xiàn)，如果制作好的固體

8、推進(jìn)劑在空氣中放置較短時間內(nèi)就會氧化一半。這將大人影響到固體燃料的性能，使固體推進(jìn)劑的燃燒熱大大降低，導(dǎo)致火箭和導(dǎo)彈的射程變短，這在實際應(yīng)用中是大為不利的。因此，在實際應(yīng)用中，避免納米鋁不被氧化是一個重耍的工作，應(yīng)該想辦